Bài 58 : CÁC HẠT SƠ CẤP
Các hạt có kích thước và khối lượng nhỏ, như êlectron, prôton, nơtron, mêzôn, muyôn, piôn là các hạt sơ cấp.
1. Hạt sơ cấp
2. Các đặt trưng của hạt sơ cấp

a) Khối lượng nghỉ mo
Phôtôn có khối lượng nghỉ bằng không. Ngoài phôtôn, trong tự nhiên còn có các hạt khác có khối lượng nghỉ bằng không, như hạt nơtrinô , hạt gravitôn.
b) Điện tích
Hạt sơ cấp có thể có điện tích Q = +1 hoặc Q = -1, hoặc Q = 0. Q được gọi là số lượng tử điện tích, biểu thị tính gián đoạn độ lớn điện tích các hạt.
c) Spin
Mỗi hạt sơ cấp khi đứng yên cũng có momen động lượng riêng và momen từ riêng. Các momen này được đặc trưng bằng số lượng tử spin.
d) Thời gian sống trung bình T
Trong số các hạt sơ cấp, chỉ có 4 hạt không phân rã thành các hạt khác, gọi là các hạt bền. Còn tất cả các hạt khác là các hạt không bền và phân rã thành các hạt khác.
3. Phản hạt
Phần lớn các hạt sơ cấp đều tạo thành cặp, mỗi cặp gồm hai hạt có khối lượng nghỉ mo và spin s như nhau, nhưng chúng có điện tích Q bằng nhau về độ lớn và trái dấu.
Trong mỗi cặp, có một hạt và một phản hạt của hạt đó.
Các thế hệ và cặp
Quark và lepton xuất hiện theo cặp
Quark : (u d), (c s), (t b).
Lepton (e ne), (m nm), (t nt).
Quark và lepton xuất hiện theo thế hệ :
u d e ne.
c s m nm.
t b t nt.
Vật chất thông thường chỉ gồm thế hệ thứ nhất.
4. Phân loại hạt sơ cấp
a) Phôtôn (lượng tử ánh sáng) có mo = 0
b) Leptôn, gồm các hạt nhẹ như êlectron, muyôn (µ+, µ-), các hạt tau (+,  -)…
c) Mêzôn, gồm các hạt có khối lượng trung bình trong khoảng 200  900 me, gồm hai nhóm : mêzôn  và mêzôn K.
d) Barion, gồm các hạt nặng có khối lượng bằng hoặc lớn hơn khối lượng prôtôn. Có hai nhóm barion là nuclôn và hipêrôn, cùng các phản hạt của chúng. Năm 1964 người ta đã tìm ra một hipêrôn mới đó là hạt ômêga trừ (-).
Tập hợp các mêzôn và các bariôn có tên chung là các hađrôn.
Lepton
Lepton không có cấu trúc (hạt điểm).
Lepton tích điện : electron e (1897), muon m (1937), tauon t (1975).
Lepton trung hòa hay neutrino : ne (1953), nm (1964), nt (2000).
Quark
Điện tích : -1/3 hoặc 2/3.
Ba quark đầu tiên, năm 1963 : u (up), d (down) và s(strange).
Quark c (charm), năm 1974 (cách mạng tháng 11).
Quark b (beauty hoặc bottom) (1976 tại FermiLab).
Quark t (top hoặc truth), FermiLab (tháng 2 năm 1995).
Hạt nhân nguyên tử
Hạt nhân gồm proton và neutron (nucleon).
Trong nucleon có các quark hóa trị : p(uud), n(udd).
Quark tương tác mạnh với nhau thông qua gluon.
Nucleon cấu tạo từ quark hóa trị, gluon và quark biển.
Hadron
(hạt tham gia tương tác mạnh)
Quark chỉ xuất hiện trong trạng thái liên kết (cầm tù).
Meson gồm quark và phản quark : p+ (ud), p- (ud).
Baryon gồm ba quark : proton (uud), neutron (udd).
Pentaquark ?
5. Tương tác của các hạt sơ cấp
a) Tương tác hấp dẫn. Đó là tương tác giữa các hạt vật chất có khối lượng.
b) Tương tác điện từ. Đó là tương tác giữa các hạt mang điện, giữa các vật tiếp xúc gây nên ma sát…
c) Tương tác yếu. Đó là tương tác chịu trách nhiệm trong phân rã .
d) Tương tác mạnh. Đó là tương tác giữa các hađrô.
Cơ sở thực nghiệm cho
Vật lý hạt cơ bản
Bằng cách nào nhìn thấy hạt cơ bản nhỏ hơn nguyên tử một trăm triệu lần ?
Quan sát vật có
kích thước khác nhau
6. Hạt quac (quark)
a) Tất cả các hađrôn đều cấu tạo từ các hạt nhỏ hơn, gọi là quac (tiếng Anh : quark).
b) Có sáu hạt quac kí hiệu là u, d, s, c, b và t. Cùng với các quac, có 6 phản quac với điện tích có dấu ngược lại. Điều kì lạ là điện tích các hạt quac bằng , chưa quan sát được hạt quac tự do.
c) Các bariôn là tổ hợp của ba quac.
Các hạt cơ bản
Vật chất gồm 3 họ quark và leptons ghép theo cặp.
Quark tham gia cả ba tương tác mạnh, điện từ và yếu.
Lepton tích điện (e, m, t) tham gia tương tác điện từ và tương tác yếu.
Neutrino n chỉ tham gia tương tác yếu.
Điện tích quark : 2/3 và -1/3
Điện tích lepton : 0 và -1
Proton : (uud) neutron : (ddu)